Centro de Bachiderato Tecnolgico Industrial y de Servicios N90MASEUCANGEL RODRIGUEZ MARIANOFUENTES CONMUTADASUNIDAD 1

Unafuente conmutadaes undispositivo electrnicoque transformaenerga elctricamediantetransistoresenconmutacin. Mientras que unregulador de tensinutiliza transistores polarizados en su regin activa de amplificacin, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutndolos activamente a altas frecuencias (20-100 kilociclos tpicamente) entre corte (abiertos) y saturacin (cerrados).

La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con ncleo deferrita(los ncleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias porque tienen muchas prdidas debido acorrientes de Foucaulty sobre todo por las grandes prdidas por histresis; hay que recordar que una curva de saturacin normal de acero cocido corresponde a un material con caracterstica dura y alta densidad de flujo) para obtener uno o varios voltajes de salida decorriente alterna(CA) que luego son rectificados (con diodos rpidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida decorriente continua(CC).

Fuentes conmutadas

Diagrama a bloques de una fuentes conmutada

Filtro EMC. Su funcin es absorber los problemas elctricos de la red, como ruidos, harmnicos, transitorios, etc. Tambin evita que la propia fuente enve interferencias a la red. Puente rectificador. Solo deja pasar la corriente en un sentido, de modo que convierte la corriente alterna en corriente pulsante, es decir que oscila igual que la corriente alterna, aunque nicamente en un sentido. Corrector del factor de potencia. En determinadas circunstancias, la corriente se desfasa respecto a la tensin, lo que provoca que no se aproveche toda la potencia de la redDiagrama a bloques de una fuentes conmutada

Condensador. Amortigua la corriente pulsante para convertirla en corriente continua con un valor estable. Transistor. Se encarga de cortar y activar el paso de la corriente. De este modo se convierte a la corriente continua en corriente pulsante. Controlador. Activa y desactiva el transistor. Esta parte del circuito suele tener varias funciones, como proteccin contra cortocircuitos, sobrecargas, sobretensiones Tambin controla al circuito de correccin del factor de potencia. Adems, mide la tensin de salida de la fuente, y modifica la seal entregada al transistor, para regular la tensin y mantener estable la salida. Diagrama a bloques de una fuentes conmutada

Transformador. Reduce la tensin, y adems asla fsicamente la entrada de la salida.Diodo. Convierte la corriente alterna del transformador a corriente pulsante. Filtro. Convierte la corriente pulsante en continua. Optoacoplador. Enlaza la salida de la fuente con el circuito de control, pero mantenindolos fsicamente separados. -Diagrama a bloques de una fuentes conmutada

Vista por dentro de una fuente conmutada.A - Puente rectificadorB -Condensadorde entradaC - TransformadorD - Bobina del filtro de salidaE - Condensadores del filtro de salida

Diagrama de componentes

Una de las fallas ms comunes y frecuentes es el cruce (o cortocircuito) del transistor regulador o conmutador, provocado generalmente por un pico en la entrada de lnea de AC o por la desvalorizacin de los filtros electrolticos en primario de la fuente, por ello se recomienda el cambio o chequeo de los mismos, cada vez que este se encuentre el transistor en corto.

Con circuito integrado al igual que el modelo a transistores, este diseo de circuito electrnico, tambin est expuesto a variaciones en el voltaje de entrada que pueden provocar su destruccin, ms aun cuando este regulador posee un Mosfet interno como elemento conmutador.Fallas comunes

Lasfuentes conmutadastienen las siguientes ventajas:

Laeficienciade lasfuentes conmutadasest comprendida entre el 68 y el 90%. Esto hace reducir el costo de los dispositivos de potencia. Adems, los dispositivos de potencia funcionan en el rgimen de corte y saturacin, haciendo el uso ms eficiente de un dispositivo de potencia.

Debido a que la tensin de entrada esconmutadaen un forma de alterna y ubicada en un elemento magntico, se puede variar la relacin de transformacin pudiendo funcionar como reductor, elevador, o inversor de tensin con mltiples salidas.

No es necesario el uso del transformador de lnea, ya que el elemento magntico de transferencia de energa lo puede reemplazar, funcionando no en 50/60 Hz, sino en alta frecuencia de conmutacin, reduciendo el tamao del transformador y en consecuencia, de la fuente; reduciendo el peso, y el coste.

Un transformador de energa de 50/60 Hz tiene un volumen efectivo significativamente mayor que uno aplicado en unafuente conmutada, cuya frecuencia es tpicamente mayor que 15 kHz.

Ventajas

Ladesventajas de las fuentes conmutadases su diseo ms elaborado. Undiseo de una fuente conmutadapuede llevar varias semanas o meses de desarrollo y puesta a punto, dependiendo de los requerimientos.

Segundo, el ruido es mayor que el de lasfuentes lineales.En la salida y entrada, radia interferencia electromagntica y de radiofrecuencia. Esto puede dificultar el control y no deber ser ignorado durante la fase de diseo. Por ste motivo se debern agregar de proteccin, de arranque suave, y filtros de lnea adicionales como etapas previas.

Tercero, lafuente conmutadatoma proporciones de energa de la entrada en pulsos de tiempos limitados para transferirlo a la salida en otras condiciones de corriente y tensin, por lo que le llevar mayor tiempo de restablecimiento al circuito para soportar variaciones en la entrada. Esto se llama respuesta transitoria en el tiempo. Para compensar este funcionamiento lento, los capacitores de filtro de salida se debern incrementar para almacenar la energa necesaria por la carga durante el tiempo en que la fuente conmutada se est ajustando.

Desventajas

Tamao y peso las fuentes de alimentacin lineales utilizan un transformador funcionando a la frecuencia de 50 o 60Hz. Este transformador de baja frecuencia es varias veces ms grande y ms pesado que un transformador correspondiente de fuente conmutada, el cual funciona en frecuencias tpicas de 50 KHz a 1 MHz. La tendencia de diseo es de utilizar frecuencias cada vez ms altas mientras los transistores lo permitan para disminuir el tamao de los componentes pasivos (condensadores,inductores, transformadores ).

Voltaje de la salida las fuentes de alimentacin lineales regulan la salida usando un voltaje ms alto en las etapas previas y luego disipando energa como calor para producir un voltaje ms bajo, regulado. Esta cada de voltaje es necesaria y no puede ser eliminada mejorando el diseo. Las fuentes conmutadas pueden producir voltajes de salida que son ms bajos que el voltaje de entrada, ms altos que el voltaje e incluso inversos al voltaje de entrada, hacindolos verstiles y mejor adaptables a voltajes de entrada variables.

Comparacin de fuentes lineales y fuentes conmutadas

Eficiencia, calor, y energa disipada- Una fuente lineal regula el voltaje o la corriente de la salida disipando el exceso de energa como calor, lo cual es ineficaz. Una fuente conmutada usa la seal de control para variar el ancho de pulso, tomando de la alimentacin solamente la energa requerida por la carga. En todas las topologas de fuentes conmutadas, se apagan y se encienden los transistores completamente. As, idealmente, las fuentes conmutadas son 100% eficientes. El nico calor generado se da por las caractersticas no ideales de los componentes. Prdidas en la conmutacin en los transistores, resistencia directa de los transistores saturados, resistencia serie equivalente en el inductor y los condensadores, y la cada de voltaje por el rectificador bajan la eficiencia. Sin embargo, optimizando el diseo, la cantidad de energa disipada y calor pueden ser reducidos al mnimo. Un buen diseo puede tener una eficiencia de conversin de 95%. Tpicamente 75-85% en fuentes de entre 10-50 W. Las fuentes conmutadas ms eficientes utilizan rectificacin sncrona (transistores Mosfet saturados durante el semiciclo adecuado reemplazando diodos).

Complejidad- un regulador lineal consiste en ltima instancia en un transistor de potencia, un CI de regulacin de voltaje y un condensador de filtro de ruido. En cambio una fuente conmutada contiene tpicamente un CI regulador, uno o varios transistores y diodos de potencia como as tambin un transformador, inductores, y condensadores de filtro. Mltiples voltajes se pueden generar a partir del mismo ncleo de transformador. Para ello se utiliza el control por ancho de pulso de entrada aunque las diferentes salidas pueden tener dificultades para la regulacin de carga. Ambos necesitan una seleccin cuidadosa de sus transformadores. En las fuentes conmutadas debido al funcionamiento a altas frecuencias las prdidas en las pistas del circuito impreso por inductancia de perdida y las capacidades parsitas llegan a ser importantes

Comparacin de fuentes lineales y fuentes conmutadas

Ruido acstico- Las fuentes de alimentacin lineales emiten tpicamente un zumbido dbil, en la baja frecuencia de alimentacin, pero sta es raramente audible (la vibracin de las bobinas y las chapas del ncleo del transformador suelen ser las causas). Las Fuentes conmutadas con su funcionamiento mucho ms alto en frecuencia, no son generalmente audibles por los seres humanos (a menos que tengan un ventilador, como en la mayora de las computadoras personales). El funcionamiento incorrecto de las fuentes conmutadas puede generar sonidos agudos, ya que genera ruido acstico en frecuenciasubarmnicodel oscilador.

Factor de potencia- Las fuentes lineales tienen bajo factor de potencia porque la energa es obtenida en los picos de voltaje de la lnea de alimentacin. La corriente en las fuentes conmutadas simples no sigue la forma de onda del voltaje, sino que en forma similar a las fuentes lineales la energa es obtenida solo de la parte ms alta de la onda sinusoidal, por lo que su uso cada vez ms frecuente en computadoras personales y lmparas fluorescentes se constituy en un problema creciente para la distribucin de energa. Existen fuentes conmutadas con una etapa previa de correccin del factor de potencia que reduce grandemente este problema y son de uso obligatorio en algunos pases particularmente europeos a partir de determinadas potencias.

Ruido elctrico - Sobre la lnea de la alimentacin principal puede aparecer ruido electrnico de conmutacin que puede causar interferencia con equipos de A/V conectados en la misma fase. Las fuentes de alimentacin lineales raramente presentan este efecto. Las fuentes conmutadas bien diseadas poseen filtros a la entrada que minimizan la interferencia causada en la lnea de alimentacin principal.

Comparacin de fuentes lineales y fuentes conmutadas

Xbox 360Cargador de celularPCT.VEquipos que utilizan fuentes conmutadas